【導讀】汽車車載信息娛樂系統(tǒng)，又稱車機，是基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)服務而形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。在上篇中，我們介紹了車機系統(tǒng)中一級電源和二級電源的性能要求，本文將專門介紹車機系統(tǒng)中的環(huán)視攝像頭電源和USB端口設計面臨的挑戰(zhàn)。
圖1所示的車機電源架構中包含了攝像頭電源與USB充電的相關部分。
圖 1：攝像頭電源和 USB 充電應用電源架構
MPS 提供的解決方案可幫助設計人員滿足環(huán)視攝像頭電源和 USB 充電應用要求。
環(huán)視攝像頭電源解決方案
將環(huán)視攝像頭的圖像處理集成到車機的主處理器是當下車機發(fā)展的新需求。如圖2所示，環(huán)視攝像頭模組一般分布在車身四周，通過長距離同軸電纜將數(shù)據(jù)和電力傳輸?shù)轿挥隈{駛室中控的中央處理器（CPU）。
圖2: 環(huán)式攝像頭將數(shù)據(jù)傳輸給CPU
一般而言攝像頭內部的模組供電低于5V，然而考慮到長距離的線路壓降或其他壓降原因（如Cold crank冷啟動），有些OEM會設定車機攝像頭的供電在8V-10V左右。這樣的供電要求對汽車電池而言頗具挑戰(zhàn)。
舉例來說，當汽車在做“冷啟動”等測試時，電池電壓最低可能跌至5V。與此同時，正常工作范圍又需要支持最低9V的電壓。采用標準降壓DC/DC變換器難以使攝像頭電壓軌滿足此要求。而先降壓再升壓的兩級電源架構盡管可用，但效率低，而且PCB占板面積大。
MPS公司的MPQ8873-AEC1產(chǎn)品此時脫穎而出。除了不增加復雜性，這款單片同步 DC/DC升降壓變換器還具有多項優(yōu)勢。
更高效的架構
圖3對兩級電源架構和高效一體化升降壓架構進行了比較。
圖3:電源架構的比較
對于升壓（Boost）拓撲，即使通過EN關斷IC，其輸出電壓（VOUT）仍然等于輸入電壓（VIN)，除非串聯(lián)額外的開關，否則無法完全關斷后級負載。而采用MPQ8873-AEC1 這類單級升降壓（Buck-Boost）拓撲，不僅效率高、布板面積小，其輸出供電通過使能EN也完全可控。
更簡單的布局
MPQ8873-AEC1 具有內置4個MOSFET的Buck-Boost拓撲，可動態(tài)調節(jié)輸出電壓（如圖4所示）。
圖4: MPQ8873 的四個集成 MOSFET
相比傳統(tǒng)電路，其外圍電路極其簡單，除必要的濾波電感電容和自舉（BST）電容外，幾乎沒有其他元件。
更高的效率
MPQ8873-AEC1 內部集成10mΩ/25mΩ 上管MOSFET（HS-FET）和下管MOSFET（LS-FET）。在VIN = 13.5V、VOUT = 11.5V 和負載電流 (ILOAD) = 3A 的測試條件下，其效率超過95%（如圖5所示）。
圖5: MPQ8873效率曲線(VIN = 13.5V, VOUT = 11.5V, ILOAD = 3A)
更佳的EMI性能
MPQ8873-AEC1的布局能夠最小化輸入與輸出功率環(huán)路。該器件還支持頻率擴展 (FSS)功能，從而可進一步降低 EMI。圖 6 顯示了MPQ8873-AEC1的最小環(huán)路設計。
圖6: MPQ8873 的最小環(huán)路設計
全能的車機USB連接端口解決方案
車機內的CPU通常會接收來自不同位置的多個USB的數(shù)據(jù)，其中有位于扶手箱的，也有來自前面板的。位于扶手箱內的USB充電和數(shù)據(jù)端口，一般會在遠端配備USB充電IC和HUB芯片，這些端口集束數(shù)據(jù)并發(fā)送給CPU（如圖7所示）。而位于前面板的USB端口會將USB充電功能集成在車機中，而這會對USB充電IC提出新的挑戰(zhàn)。
圖7: 數(shù)據(jù)從多個USB端口傳遞給CPU
MPS提供的單片降壓開關模式變換器MPQ4228-C-AEC1具備多種優(yōu)勢，可以解決 USB 充電 IC 面臨的難題。
更強的通用性
MPQ4228-C-AEC1 可以配置成USB-A或者USB-C。由于支持USB BC1.2 CDP協(xié)議，其充電口能夠在手機和汽車進行USB輸出交互的同時，提供大約10-15W左右的充電功率。
圖8: MPQ4428-C 支持 USB-A、USB-C 和 CDC 協(xié)議
更細節(jié)的考量
由于車機和前面板USB充電端口有一段距離，再加上手機充電線纜本身也有一段長度，真正到達手機端口的電壓相比于車機的輸出電壓可能有較大的壓差。MPQ4228-C-AEC1具有線損補償功能，充電電流越大，MPQ4228-C-AEC1的輸出電壓越高。線損補償?shù)男甭士梢酝ㄟ^外置電阻設計，靈活方便。
更安全的防護
在汽車充電端口的實際使用中，有時候會出現(xiàn)手機充電線纜的接頭誤插入錯誤端口的情況。MPQ4228-C-AEC1 具有VBUS/DM/DP/CC等I/O引腳的電池短路保護功能。這樣的保護功能可以避免上述事故對汽車充電IC造成損壞。
更完善的數(shù)據(jù)信號鏈傳輸
眼圖是評估USB2.0信號完整性的測試，MPQ4228-C-AEC1具有極其出色的眼圖性能（如圖9所示）。在USB2.0 DMDP數(shù)據(jù)經(jīng)過MPQ4228-C-AEC1內部數(shù)據(jù)開關時，采用150cm的線纜，也能通過眼圖的測試。
圖9: MPQ4228-C通過眼圖測試
更優(yōu)異的EMI性能
MPQ4228-C-AEC1提供頻率擴展（FSS）功能以提升EMI性能，其評估板能夠在不加屏蔽罩及共模電感的條件下，通過國標等級5的測試。
圖10: MPQ4228-C優(yōu)異的EMI性能
全面的USB-IF認證
MPQ4228-C-AEC1能夠通過USB-IF的相關認證，尤其是其內部獨有的過流保護（OCP）機制，能夠使器件通過Apple MFI R33認證。在進行過流瞬態(tài)脈沖測試時，即使發(fā)生短暫過流，MPQ4228-C-AEC1也能夠維持住VBUS 電壓而不至于關斷保護。
圖11: MPQ4228-C 在負載過流期間仍保持 VBUS
結論
本系列文章的上篇對車機的一級和二級電源進行了介紹，本文則針對攝像頭電源和 USB 充電所面臨的需求難點提出了解決方案。其中，MPQ8873-AEC1 被用作環(huán)視攝像頭模塊的解決方案，而MPQ4228-C-AEC1被用于解決 USB 充電挑戰(zhàn)。MPS強大而靈活的產(chǎn)品組合能夠為現(xiàn)代車機系統(tǒng)的設計提供眾多優(yōu)勢。
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